专利名称：一种大角度渐进成形滚动工具头及成形方法
技术领域：
本发明涉及板料成形技术领域的装置。具体是一种可成形大成形角的渐进成形滚动工具头。
背景技术：
板料渐进成形是近年来兴起的板料加工技术，具有加工方式灵活、成形性能好以及柔性的特点，特别适用于单件及小批量的金属板材产品的生产加工。渐进成形所用的工具头多为半球形压头，成形时工具头与板料处于滑动摩擦状态，易引起板料表面的划伤， 影响金属板料的表面质量。吉林大学李明哲设计了渐进成形用的滚动工具头(专利号 201010030832)，采用滚动摩擦代替滑动摩擦改善表面质量。但是该设计受结构限制，滚珠套筒壁厚通常较厚，当加工成形角较大的零件时，滚珠循环套会与成形板料壁相接触而产生干涉，较难加工成形角度较大的零件。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使成形的角度范围大大增大，进一步扩大了渐进成形的应用范围的大角度渐进成形滚动工具头及成形方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种大角度渐进成形滚动工具头， 其特征在于，包括工具杆和滚动工具头；所述的工具杆上端连接数控渐进机床，下端设有斜面，所述的滚动工具头设置在该斜面上，工具杆在数控渐进机床的带动下进行渐进成形的同时可根据产品形状特征按预定程序绕自身转动。所述的滚动工具头包括滚动球头、滚珠、球头座与球头套，所述的滚动球头置于球头座底端的凹槽内，球头座与滚动球头间填单层均匀分布的滚珠，滚动球头与滚珠通过球头套固定于球头座上，球头座安装于工具杆底端斜面上，并使滚动球头球心位于工具杆中轴线上。所述的滚动工具头通过其上端的螺纹结构与工具杆的斜面相连。—种板材采用上述装置的渐进成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(I)采用层切法进行数控轨迹编程，对渐进成形工具头的轨迹进行编程，同时通过对数控渐进机床的进给速度以及主轴转速进行编程，通过进给速度与主轴转速的协调，控制工具杆自转带动滚动工具头转动，使滚动工具头的中截面始终与板料零件表面的外法向重合，从而获得最大的成形角度；(2)在渐进成形时，工具杆带动滚动工具头在板料上移动的同时按照预先编程的速度绕其中轴线自转，使滚动球头始终面向板料，从而在成形渐进板料中使板料获得较高表面质量的同时成形角度不受限制。所述的进给率与主轴转速的协调关系为当前主轴转速为当前进给速度的一半除以圆周率再除以当前零件上接触点的曲率半径。
与现有技术相比，本发明采用滚动摩擦方式代替滑动摩擦方式可以改善表面质量；此外可以成形最大成形角约80°的板料零件，使成形的角度范围大大增大，进一步扩大了渐进成形的应用范围。
图I为本发明大成形角渐进成形滚动工具头的结构示意图；图2为图I中滚动工具头的放大图；图3为采用本发明工具头加工成形角为80°的零件示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1-3所示，一种大角度渐进成形滚动工具头包括工具杆I、滚动工具头2以及成形板料，滚动工具头2包括球头套3、滚动球头4、滚珠5、球头座6。其中工具杆I通过球头座上端螺纹与球头座6连接，滚动球头4位于球头座6底端的凹槽内，滚动球头4与球头座6之间填充滚珠5，滚动球头4与滚珠5被球头套3包裹，球头套3固定于球头座6。针对锥形板料零件的成形过程包括以下步骤I)采用层切法生成刀轨；2)对工具轨迹程序进行修改将刀具的进给速率F值改为4000 (mm/min)，那么轨迹程序中每一层所对应的转速S值改为636. 62/该层半径(rpm)3)将板料固定于数控渐进成形机床的工作台上并压边，数控机床的进给速度和主轴转速百分比分别定为100%和100% ；4)将滚动工具头安装好，初始斜面朝向凹形件外侧；5)启动数控渐进成形机床，时刻注意滚动工具头与零件壁的距离情况，使滚动工具头始终指向零件外法相，完成成形；6)成形完成后，抬起工具头，取下板料。
权利要求
1.一种大角度渐进成形滚动工具头，其特征在于，包括工具杆和滚动工具头；所述的工具杆上端连接数控渐进机床，下端设有斜面，所述的滚动工具头设置在该斜面上，工具杆在数控渐进机床的带动下进行渐进成形的同时可根据产品形状特征按预定程序绕自身转动。
2.根据权利要求I所述的一种大角度渐进成形滚动工具头，其特征在于，所述的滚动工具头包括滚动球头、滚珠、球头座与球头套，所述的滚动球头置于球头座底端的凹槽内， 球头座与滚动球头间填单层均匀分布的滚珠，滚动球头与滚珠通过球头套固定于球头座上，球头座安装于工具杆底端斜面上，并使滚动球头球心位于工具杆中轴线上。
3.根据权利要求I或2所述的一种大角度渐进成形滚动工具头，其特征在于，所述的滚动工具头通过其上端的螺纹结构与工具杆的斜面相连。
4.一种板材材料上述任一权利要求所述装置的渐进成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)采用层切法进行数控轨迹编程，对渐进成形工具头的轨迹进行编程，同时通过对数控渐进机床的进给速度以及主轴转速进行编程，通过进给速度与主轴转速的协调，控制工具杆自转带动滚动工具头转动，使滚动工具头的中截面始终与板料零件表面的外法向重合，从而获得最大的成形角度；(2)在渐进成形时，工具杆带动滚动工具头在板料上移动的同时按照预先编程的速度绕其中轴线自转，使滚动球头始终面向板料，从而在成形渐进板料中使板料获得较高表面质量的同时成形角度不受限制。
5.根据权利要求4所述的板材渐进成形方法，其特征在于，所述的进给率与主轴转速的协调关系为当前主轴转速为当前进给速度的一半除以圆周率再除以当前零件上接触点的曲率半径。
全文摘要
本发明涉及一种大角度渐进成形滚动工具头及成形方法，包括工具杆和滚动工具头；所述的工具杆上端连接数控渐进机床，下端设有斜面，所述的滚动工具头设置在该斜面上，工具杆在数控渐进机床的带动下进行渐进成形的同时可根据产品形状特征按预定程序绕自身转动。与现有技术相比，本发明使成形的角度范围大大增大，进一步扩大了渐进成形的应用范围。
文档编号B21D25/00GK102581108SQ201210028809
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者宋修成, 曹简, 陆彬, 陈军 申请人:上海交通大学